Histidin

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Histidin
Struktura Histidinu

Struktura Histidinu
Obecné
Systematický název kyselina 2-amino-3-(1H-imidazol-4-yl) propanová
Triviální název Histidin
Ostatní názvy glyoxalin-5-alanin
Anglický název Histidine
Sumární vzorec C6H9N3O2
Vzhled bílé krystaly
Identifikace
SMILES c1c(nc[nH]1)C[C@@H](C(=O)O)N
InChI InChI=1S/C6H9N3O2/c7-5(6(10)11)1-4-2-8-3-9-4/h2-3,5H,1,7H2,(H,8,9)(H,10,11)/t5-/m0/s1
Vlastnosti
Molární hmotnost 155,16 g/mol
Teplota tání 282-287°C
Disociační konstanta pKa 1,78
Disociační konstanta pKb 5,97
Struktura
Bezpečnost
NFPA 704
NFPA 704.svg
Teplota vzplanutí °C
Teplota hoření °C
Teplota vznícení °C
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky
SI a STP (25 °C, 100 kPa).

Histidin (zkratky His nebo H) je jedna z nejběžnějších přírodních aminokyselin přítomných v proteinech. Ve smyslu výživy je u člověka považován histidin jako esenciální aminokyselina. Původně se myslelo, že je esenciální jen u dětí (semiesenciální), ale dlouhodobé studie ukazují, že je nezbytný i pro dospělé.[1] Jeho kodóny jsou CAU a CAC.

Histidin byl poprvé izolován německým lékařem Albrechtem Kosselem v roce 1896.[2]

Funkce a vlastnosti[editovat | editovat zdroj]

Chemické vlastnosti[editovat | editovat zdroj]

Histidin se řadí mezi bazické aminokyseliny, vzhledem k disociační konstantě (pKa) své imidazolové postranní skupiny ležící v neutrálním pH je ale jeho náboj ve fyziologických podmínkách velmi citlivý na změny pH: teoreticky je pKa histidinu 6, v nižším (kyselejším) pH je tedy histidin protonovaný a nese kladný náboj, při vyšším pH není nabitý. Jeho skutečná pKa se v proteinech ovšem může pohybovat mezi pH 4–10 v závislosti na okolním prostředí.[3] Díky této vlastnosti umožňuje proteinům citlivě reagovat na změny pH, například Bohrův efekt (schopnost hemoglobinu uvolnit kyslík v kyselejším – odkysličeném – prostředí) je závislý právě na této vlastnosti histidinu.[4]

Imidazolová postranní skupina má aromatický charakter,[5] kladný náboj získávaný v kyselém pH ale možné patrové interakce komplikuje.

Význam v proteinech[editovat | editovat zdroj]

V proteinech se histidin často vyskytuje v aktivních centrech enzymů, místech kontaktů mezi proteiny a slouží k vazbě kovů (zinek, železo). Vzhledem k jednoduchosti, se kterou může být histidin protonovaný a deprotonovaný, slouží často jako prostředník v přenosu náboje, například v tzv. katalytických triádách tvořících centra hydroláz a transferáz, nejčastěji cysteinových a serinových proteáz.[6] Dalším příkladem může být role v enzymu karbonické anhydráze, ve které jsou v aktivním místě čtyři histidiny – tři drží atom zinku, který z vody odtrhne skupinu -OH, a čtvrtý naváže zbylý vodík. Na -OH skupinu se následně naváže oxid uhličitý a vzniká rozpustný hydrogenuhličitan, v jehož podobě je oxid uhličitý přepravován krví.

Další využití[editovat | editovat zdroj]

V lidském těle funguje histidin jako prekurzor pro výrobu histaminu a karnosinu. Histamin je signální molekula spouštějící zánětlivou reakci a slouží jako neurotransmiter, z histidinu vzniká deaminací. Při vazbě beta-alaninu na histidin se vytváří karnosin, jehož disociační konstanta je posunutá ještě blíže k fyziologickému pH (pKa=6,83), čímž slouží jako výborný pufr, který je využíván především ve svalech.

V molekulární biologii se využívá tzv. polyhistidinový tag, což je sekvence šesti histidinů připojených ke studovanému proteinu metodami genového inženýrství, která slouží pro detekci a afinitní purifikaci zkoumaného proteinu.

Posttranslační modifikace[editovat | editovat zdroj]

Dipthamid, jedna z modifikací histidinu

Histidin je jednou z aminokyselin, které mohou být posttranslačně modifikovány fosforylací. Toho využívá bakteriální dvoukomponentový regulační systém složený z histidinové kinázy, která je nejčastěji vázaná na membránu a po přijetí stimulu fosforyluje sebe sama na histidinech. Vzniká N-fosfo-L-histidin, který není příliš stabilní a fosfát je z něj přesunut na druhou komponentu systému, která je tímto aktivována. Dvoukomponentový regulační systém se vyskytuje u eukaryot jen vzácně a enzymy příbuzné histidinovým kinázám v lidských mitochondriích nemají aktivitu histidinových kináz. Navzdory tomu jsou některé proteiny u lidí na histidinech fosforylovány, i když mechanismus ani význam těchto modifikací není dobře prozkoumaný.[7]

V eukaryotickém elongačním faktoru 2 je histidin modifikován do podoby diphthamidu. Tato modifikace je složitá, vyžaduje čtyři enzymatické kroky a je známá pouze z tohoto proteinu. Její funkce je nejasná, ale je nezbytná pro proteosyntézu a modifikace dipthamidu (například diphtheria toxinem při záškrtu) vede ke smrti buněk.[8]

Zdroje[editovat | editovat zdroj]

Histidin je esenciální aminokyselina, člověk ji tedy musí přijímat v potravě.

Metabolismus[editovat | editovat zdroj]

Syntéza[editovat | editovat zdroj]

Degradace[editovat | editovat zdroj]

Histidin je u lidí degradován v pěti krocích, po kterých vznikne alfa-ketoglukarát, který vstupuje do cyklu kyseliny citrónové. V prvním kroku enzym histidinlyáza přeměňuje histidin na amoniak a kyselinu urokanovou. Nedostatek tohoto enzymu se projevuje ve vzácné metabolické poruše histidinemii. Histidin má oproti alfa-ketoglukarátu jeden uhlík navíc, k odpojení uhlíku ve čtvrtém kroku je využíván kofaktor tetrahydrofolát.[9]

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. KOPPLE, JD.; SWENDSEID, ME.. Evidence that histidine is an essential amino acid in normal and chronically uremic man.. J Clin Invest. May 1975, roč. 55, čís. 5, s. 881-91. DOI:10.1172/JCI108016. PMID 1123426.  
  2. JONES, M. E.. Albrecht Kossel, a biographical sketch. Yale J Biol Med.. 1953, roč. 26, čís. 1, s. 80-97. Dostupné online. ISSN 0044-0086.  
  3. WHITFORD, David. Proteins: Structure and Function. 1.. vyd. [s.l.] : Wiley, 2005. 542 s. ISBN 978-0471498940. Kapitola 2. Amino acids: the building blocks of proteins, s. 44-45. (anglicky) 
  4. ZHENG, G.; SCHAEFER, M.; KARPLUS, M.. Hemoglobin Bohr effects: atomic origin of the histidine residue contributions.. Biochemistry. Nov 2013, roč. 52, čís. 47, s. 8539-55. DOI:10.1021/bi401126z. PMID 24224786.  
  5. WANG, L.; SUN, N.; TERZYAN, S., et al. A histidine/tryptophan pi-stacking interaction stabilizes the heme-independent folding core of microsomal apocytochrome b5 relative to that of mitochondrial apocytochrome b5.. Biochemistry. Nov 2006, roč. 45, čís. 46, s. 13750-9. DOI:10.1021/bi0615689. PMID 17105194.  
  6. BARNES, Michael R.. Bioinformatics for Geneticists: A Bioinformatics Primer for the Analysis of Genetic Data. [s.l.] : Wiley, 2007. 576 s. ISBN 978-0470026205. Kapitola 14: Amino Acid Properties and Consequences of Substitutions, s. en. (anglicky) 
  7. ATTWOOD, PV.. Histidine kinases from bacteria to humans.. Biochem Soc Trans. Aug 2013, roč. 41, čís. 4, s. 1023-8. DOI:10.1042/BST20130019. PMID 23863173.  
  8. SCHAFFRATH, R.; ABDEL-FATTAH, W.; KLASSEN, R., et al. The diphthamide modification pathway from Saccharomyces cerevisiae - revisited.. Mol Microbiol. Dec 2014, roč. 94, čís. 6, s. 1213-26. DOI:10.1111/mmi.12845. PMID 25352115.  
  9. NELSON, David L.; COX, Michael M.. Lehninger Principles of Biochemistry. [s.l.] : W.H. Freeman. ISBN 978-1429234146. Kapitola 18: Amino Acid Oxidation and the Production of Urea. (anglicky) 

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]